پی شناور (Floating Foundation)

در مواقعی که خاک بستر ساختمان مورد نظر آن قدر نرم و سست باشد که حتی با استفاده از پی های عمیق (شمع ها) نتوان سازه مورد نظر را بر روی آن ساخت، آخرین راه حل استفاده از پی های شناور است. پی های شناور به پی هایی گفته می شود که در زمان خاکبرداری محل برای ایجاد آنها میزان خاک برداشته شده دقیقا (Floating Foundation) هم وزن سازه ای باشد که می خواهیم در آنجا بسازیم. به همین دلیل از لحاظ تئوری هیچگونه تنش اضافی بر خاک وارد نمی شود و لذا هیچ نشستی نخواهیم داشت. این نوع پی برای جلوگیری از نشست و روان شدن خاک های نرم به دلایل زمین لرزه ای استفاده می شود.

عملکرد پی شناور بدین صورت است که با عمل گودبرداری و جایگزین کردن وزن سربار با بخشی از وزن ساختمان، میزان بار خالص وارد بر بسترخاک و به دنبال آن نشست کاهش می یابد.

بار یک ساختمان توسط پی های منفرد، نواری، گسترده (رادیه)، شمع ها و … تحمل می شود. اگر خاک بستر ضعیف باشد، تحت بار ساختمان، خطر گسیختگی برشی در زیر پی وجود دارد. بنابراین:

• بارها بایستی در سطح بزرگتری گسترده شوند
• یا مقدار بار وارده بایستی کاهش یابد
• و یا بایستی با عبور از خاک ضعیف توسط شمع ها یا سایر تجهیزات به خاک قوی تر در اعماق پایین منتقل شوند.

این سه راه حل می توانند به طور جداگانه یا توأماً مورد استفاده قرار بگیرند. یک راه برای کاهش مقدار بار وارده، کاربرد پی شناور یا پی نسبتاً شناور می باشد.

اصل شناوری می تواند به طور نسبی نیز مورد استفاده قرار گیرد و در این صورت مقداری اضافه بار بر روی خاک باقی می ماند. پی های شناور می توانند شامل پی های نواری، گسترده (رادیه)، جعبه ای، شمع، سیلندر و یا در پاره ای از موارد ترکیبی از آنها باشند. با کاهش فشار خالص بر روی خاک با استفاده از اصل شناوری، نشست کلی و به دنبال آن نشست نسبی پی کاهش خواهد یافت.

در صورت انتخاب پی شناور، باید در طراحی آن به نکاتی مانند گودبرداری، حفاظت از دیواره گود، پایین بردن سطح آب زیرزمینی در ناحیه گودبرداری شده، مسئله ناپایداری کف گود در اثر حذف فشار سربار، نشست ها و مسائل سازه ای توجه شود.

انواع پی ساختمان

به طور کلی پی ساختمان در یکی از دسته های زیر قرار می گیرد:

• پی شناور
• پی سلولی و پوسته ای
• پی باکس یا جعبه ای
• پی فولادی یا پروفیله
• پی منفرد چسبان
• تلفیق پی گسترده و عمیق

در ادامه به بیان توضیحات در مورد هر یک می پردازیم.

پی های شناور

همان گونه که در بالا اشاره شد، زمانی که لایه های سست و ضعیف تا عمق قابل توجهی وجود داشته باشند و استفاده از شمع هم امکان پذیر نباشد، از پی های شناور استفاده می شود.

به بیان دیگر می توان گفت استفاده از این پی های شناور در زمانی که ظرفیت تحمل بار خاک بسیار پایین بوده یا وزن محاسبه شده ساختمان بیش از حد مجاز باشد، صورت می گیرد. در چنین مواقعی می توان از شالوده ای در عمق پایین استفاده کرد. انجام این کار خاک حاصل از گود برداری را با بار ثقلی حاصل شده از روسازه معادل می کند.

این امکان وجود دارد که فشار روسازه را با میزان خاک حاصل از حفاری معادل کرد. در چنین شرایطی خاک تا آن جایی برداشت می شود که وزن خاک های حاصل از گودبرداری و نیروهای بلند کننده ناشی از فشار هیدرواستاتیکی، با بار ناخالص روسازه و زیرسازه برابر شود.

به بیان دیگر می توان گفت در این شرایط فشار خاک جا به جا شده با فشار ایجاد شده به واسطه ساختمان برابر می شود و در این صورت نشست رخ نمی دهد. از آن جایی که وزن خاک برداشت شده توسط وزن ساختمان جبران می شود، به پی های شناور، پی جبرانی (فونداسیون جبرانی) نیز گفته می شود.

پی های شناور به دو نوع صفحات زیر زمینی و صفحات غوطه ور دسته بندی می شوند. در فونداسیون صفحات زیر زمینی بر خلاف فونداسیون صفحات شناور، وزن میزان خاکی که برداشت می شود به اندازه تمام زیر سازه نیست و از این رو به آن پی نیم جبرانی (فونداسیون نیم جبرانی) نیز گفته می شود.

ساخت فونداسیون های شناور در مناطقی که خانه ها در ارتفاع کمی از سطح دریا وجود دارند، به افزایش ارتفاع خانه کمک کرده و از این رو در مواقع بروز سیل می تواند کمک کند.

مزایای پی شناور

• فونداسیون های شناور برای مناطقی که ظرفیت باربری پائینی دارند، بهترین گزینه هستند. مثلاً زمانی که سازه روی خاک سست بنا می شود و یا وقتی که قابلیت فشردگی خاک متفاوت است. احداث فونداسیون عمیق در مناطقی با ماسه و خاک سست امکان ندارد اما به دلیل اینکه فونداسیون شناور محدوده وسیعی را در بر می گیرد فشار روی یک نقطه متمرکز نشده و در سطح پخش می شود. برای مقاوم سازی بیشتر پی شناور باید در ساخت آن از تیر یا تیرچه استفاده شود.
• هنگامی که پی ساختمان های مجاور به محل ساخت بسیار نزدیک باشد، ممکن است اجرای پی عمیق باعث تداخل پی ها شود بنابر این در این مناطق استفاده از پی شناور گزینه مناسبی است.
• پی های شناور قابلیت اجرا روی خاک هایی با درصد رطوبت بالا را دارند. احداث پی روی خاک در مقایسه به اعماق پائین تر، حائلی بین زمین و سازه ایجاد کرده که در برابر انتقال رطوبت مقاومت می کند.
• برای احداث فونداسیون شناور به حفاری کمتری نیاز است چرا که به ایجاد ترانشه های عمیق نیاز نیست. به علاوه نیازی به آسیب رساندن به آب های زیر زمینی یا ریشه های درخت که ممکن است در لایه های پائینی وجود داشته باشند، وجود ندارد.
• در مناطقی که امکان تکان خوردن زمین به دلایلی مثل رطوبت زیرزمینی زیاد یا لرزش های شدید، وجود داشته باشد، مثلاً در مناطقی که حفر معدن انجام می گیرد یا بزرگراه های عظیم احداث می شوند، پی شناور گزینه مناسبی است زیرا در برابر این تکان ها مقاوم است و به خطر نمی افتد.

معایب استفاده از پی شناور در ساختمان سازی

• پس از انجام دقیق عملیات خاک برداری، لازم است تا محل خاک برداری شده سپر کوبی شود.
• اگر در کنار محلی که خاکبرداری صورت می گیرد ساختمان وجود دارد، باید زهکشی مناسبی برای سازه انجام شود.
• پس از خاکبرداری در محل بنا، کف بنای حفاری شده دچار تورم می شود. با احداث پی شناور نشست سازه کاهش می یابد و نشست اکثراً حاصل از بازگشت تورم بعد از انجام عملیات خاکبرداری است.

کاهش خسارت زلزله با پی شناور

بشر همواره سال های متمادی به دنبال راهی برای کاهش خسارت های ناشی از زلزله و محافظت از ساختمان ها بوده است. یک راه حل آن استفاده از پی شناور است که به جداسازی فونداسیون معروف است و در آن ساختمان را از پی آن جدا می کنند. در این روش روی یاتاقان های سربی لاستیکی، ساختمانی شناور می سازند. در هنگام زلزله، ساختمان با تکان خوردن بر روی پی شناور، از لرزیدن ساختمان و خسارت به بار آمدن جلوگیری می کند.

امروزه ژاپن تکنولوژی جدید تری از پی شناور رونمایی کرده است. پس از تشخیص زلزله توسط سنسورهای ساختمان، یک بالشت هوا بین ساختمان و پی آن ایجاد می شود. این بالشت ساختمان را سه سانتی متر از زمین جدا می کند. با اتمام زلزله ساختمان دوباره به جای اولش باز می گردد.

نتیجه گیری

در مناطقی که لایه های نشست پذیر و یا خاک ضعیف وجود دارد یا استفاده ازشمع در پی ساختمان ممکن نباشد، استفاده از پی شناور کاربرد زیادی دارد. استفاده از پی شناور با وجود مشکلات گود برداری، باعث کاهش نشست در ساختمان ها می شود.

در زمینه ابنیه و ساختمان بیشتر مطالعه کنید : 

• ساخت و ساز ابنیه و ساختمان (Building & Structure)
• قرارداد مشارکت در ساخت (Construction participation contract)
• نظارت بر اجرای پروژه های عمرانی (Construction Supervision)
• مشاوره ساختمانی (Construction consulting)
• مدیریت پیمان (Management Contracting)
• مدیریت طرح (Construction Management)
• مدل کسب و کار (B2B) یا بی تو بی (Business-to-Business)
• انواع سیستم های سازه ای (Structural System)
• مدیریت پروژه های عمرانی (Project Management)
• آیین نامه ی ۲۸۰۰ ، طراحی ساختمان ها در برابر زلزله
• سازه فلزی و سازه بتنی (Steel and concrete structures)
• طراحی سازه بر اساس عملکرد (Performance Based Seismic Design, PBSD)
• تغییرمکان جانبی نسبی طبقات چیست؟ (Drift)
• طیف پاسخ و طیف طرح چیست؟ (Spectrum Response)
• انواع پی ساختمان و روش ساخت آن ها (Types of Foundation)
• پی شناور (Floating Foundation)

در زمینه بهسازی خاک بیشتر مطالعه کنید : 

• تزریق پر فشار یا جت گروتینگ چیست؟ (Jet Grouting)
• ریزشمع یا میکروپایل چیست؟ (Micropile & Underpinning)
• پیش بارگذاری چیست؟ (fill surcharge preloading method)
• اختلاط عمیق خاک یا DSM چیست؟ (Deep Soil Mixing)
• تراکم دینامیکی یا DC چیست؟ (Dynamic Compaction)
• ستون شنی ارتعاشی یا تراکم ارتعاشی چیست؟ (Vibro Stone Column)
• شمع ساختمان ، طراحی و اجرای شمع بتنی و شمع فلزی (Concrete Pile , Steel Pile)
• روش انجماد خاک چیست؟(Ground Freezing)

در زمینه طراحی و مشاوره ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید : 

• روش اجزای محدود چیست؟ (Finite Element Method) (FEM)
• اندرکنش خاک و سازه چیست؟ (Soil Structure Interaction) (SSI)
• معرفی نرم افزار Plaxis
• معرفی نرم افزار GEOSLOPE
• معرفی نرم افزار AutoCAD
• معرفی نرم‌ افزار ETABS
• معرفی نرم افزار SAP2000
• معرفی نرم افزار SAFE
• معرفی نرم افزار ABAQUS
• معرفی نرم افزار FLAC
• معرفی نرم افزار MIDAS

در زمینه پایدارسازی گود بیشتر مطالعه کنید : 

• ساخت از بالا به پایین یا تاپ دان چیست؟ (Top-Down Construction)
• نیلینگ یا میخ کوبی دیواره چیست؟ (Soil Nailing)
• انکراژ یا مهارگذاری خاک چیست؟ (Soil Anchorage)
• مهارمتقابل یا استرات چیست؟ (Braced Excavations – Struts)
• سازه نگهبان خرپایی چیست؟ (Truss Retaining Structure)
• خاک مسلح یا ژئوسنتتیک چیست؟ (Geosynthetict)
• سپرکوبی چیست؟ (Sheet Pile)
• دیوار دیافراگمی یا دیوار دوغابی چیست؟ (Diaphragm walls – Slurry walls)
• دیوار برلنی یا دیوار سولجر پایل چیست؟ (Berlin wall – Soldier Pile and Lagging System)
• زهکشی و آب بندی در گودبرداری چیست؟ (Drainage- Dewatering & Waterproofing )
• نقشه برداری یا مهندسی نقشه برداری چیست؟ (Surveying)
• پایش گود یا مانیتورینگ چیست؟ (Monitoring)
• دستورالعمل بهداشت، ایمنی و محیط زیست چیست؟ (HSE)
• آموزش گام به گام نقشه خوانی انواع روش های پایدارسازی و گودبرداری

در زمینه مطالعات ژئوتکنیک بیشتر مطالعه کنید :

• مطالعات خاک یا مطالعات ژئوتکنیک چیست؟ (Site Investigation)
• مطالعات لرزه خیزی چیست؟ (Seismicity studies)
• ژئوفیزیک (Geophysics)
• زمین شناسی (Geology)

در زمینه تخریب و خاکبرداری بیشتر مطالعه کنید : 

• مهندسی تخریب ساختمان (Destruction Engineering)
• خاکبرداری چیست؟ (Excavation)
• رمپ و جمع آوری رمپ در گودبرداری (Ramp removal excavation)
• گودبرداری و خاکبرداری دو عملیات متمایز از یکدیگر
• گودبرداری غیر اصولی (Unprincipled Building Excavation)
• گودبرداری چیست؟ و اصول اجرای گودبرداری های ساختمانی (Excavation)

مطالب مرتبط :

• دانلود مقررات ملی ساختمان
• استاندارد ۲۸۰۰
• مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان (ژئوتکنیک و مهندسی پی)
• مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان (گودبرداری و پایش)
• مبحث هفتم مقررات ملی ساختمان (سازه های نگهبان)
• مبحث بیست و دوم مقررات ملی ساختمان (مراقبت و نگهداری از ساختمان ها)